纳米功能材料陶瓷
纳米陶瓷材料的性能、运用及其发展前景
纳米陶瓷材料的性能、运用及其发展前景中国的陶器可追溯到9000年前,瓷器也早在4000年前出现。
最初利用火煅烧粘土制成陶器。
后来提高燃烧温度的技术出现, 发现高温烧制的陶器, 由于局部熔化而变得更加致密坚硬, 完全改变了陶器多孔、透水的缺点, 以粘土、石英、长石等矿物原料烧制而成的瓷器登上了历史舞台。
新型陶瓷诞生于20世纪二三十年代, 科学技术高速发展,对材料提出了更高的要求。
在传统陶瓷基础上, 一些强度高、性能好的新型陶瓷不断涌现, 它们的玻璃相含量都低于传统陶瓷。
纳米陶瓷的研究始于80 年代中期。
陶瓷材料在日常生活、工业生产及国防领域中起着举足轻重的作用。
但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了很大限制。
随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服传统陶瓷的脆性，使其具有像金属一样的柔韧性和可加工性。
与传统陶瓷相比。
纳米陶瓷的原子在外力变形条件下自己容易迁移，因此表现出较好的韧性与一定的延展性，因而从根本上解决了陶瓷材料的脆性问题。
英国著名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文道：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
”所谓纳米陶瓷，是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下，是上世纪80年代中期发展起来的新型陶瓷材料。
由于纳米陶瓷晶粒的细化，品界数量大幅度增加，可使材料的韧性和塑性大为提高并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响，从而呈现出与传统陶瓷不同的独特性能，成为当今材料科学研究的热点。
先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料，它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷，由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。
先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。
其中，在结构材料中，人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷，这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性，而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力，与普通热燃气轮机相比，陶瓷热机的重量可减轻 30％，而功率则提高 30％，节约燃料 50％。
材料科学与工程中功能性陶瓷材料的开发与应用研究
材料科学与工程中功能性陶瓷材料的开发与应用研究功能性陶瓷材料是一类具备特殊功能和优良性能的陶瓷材料，在材料科学与工程领域中广泛应用。
本文将对功能性陶瓷材料的开发与应用研究进行探讨。
一、功能性陶瓷材料的定义与特点功能性陶瓷材料是指在特定条件下具备某种特殊功能或优良性能的陶瓷材料。
与传统的结构性陶瓷材料不同，功能性陶瓷材料具有独特的物理、化学和电学性质，可用于各种应用领域。
功能性陶瓷材料具有以下特点：1. 特殊功能：功能性陶瓷材料能够发挥特定的功能，如高温超导、催化、电介质等；2. 优良性能：功能性陶瓷材料具备优异的物理、化学和电学性能，如高强度、低热膨胀系数、良好的耐磨性等；3. 多样性：功能性陶瓷材料种类繁多，包括氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷等。
二、功能性陶瓷材料的开发功能性陶瓷材料的开发主要涉及材料合成、成型工艺和材料改性等方面的研究。
1. 材料合成：功能性陶瓷材料的合成是功能性陶瓷研究的重要环节之一。
常用的合成方法包括固相法、溶胶-凝胶法、电化学法等。
通过不同的合成方法可以控制材料的晶体结构、孔隙大小和形貌等特性，从而获得具备特定功能的陶瓷材料。
2. 成型工艺：陶瓷材料的成型工艺对其性能和应用也具有重要影响。
主要的成型工艺包括压制、注塑成型、挤出成型等。
不同的成型工艺可以控制陶瓷材料的形状和尺寸，为其应用提供便利。
3. 材料改性：通过改变陶瓷材料的成分和结构，可以进一步提升其性能和功能。
常见的改性方法包括离子掺杂、杂质控制、纳米颗粒掺杂等。
改性能够调控陶瓷材料的电学、磁学和光学性能，实现更广泛的应用。
三、功能性陶瓷材料的应用功能性陶瓷材料在众多领域中得到了广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：1. 电子器件：功能性陶瓷材料在电子器件领域中应用广泛，如电容器、压电器件、磁性材料等。
这些材料能够实现电能转换、存储和传输等功能。
2. 能源领域：功能性陶瓷材料在能源领域中有很大的应用潜力，如太阳能电池、燃料电池和储能材料等。
完整版)纳米技术资料
完整版)纳米技术资料纳米材料是指尺寸介于1纳米至100纳米之间的材料，其结构单元的尺寸已经接近电子的相干长度，因此其性质会因为强相干所带来的自组织而发生很大变化。
纳米材料的尺度已经接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米材料包括纳米金属材料、纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米颗粒材料是由纳米粒子组成的超微颗粒材料。
纳米粒子是指尺寸在1至100纳米之间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当宏观物体细分成超微颗粒后，其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米测量技术和纳米应用技术等方面。
纳米材料技术主要着重于纳米功能性材料的生产和性能检测技术。
纳米加工技术包含精密加工技术和扫描探针技术。
纳米材料具有独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为。
当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子表面布满了阶梯状结构，代表具有高表面能的不安定原子，这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。
纳米材料的特性纳米粉末因其表面原子处于不稳定状态，具有较高的表面能量，导致其熔点下降，并易于在低温下烧结，成为优秀的烧结促进材料。
此外，当材料的粒子尺寸小到无法区分出其磁区时，就会形成单磁区的磁性材料，因此超微粒子或薄膜制成的磁性材料具有优异的性能。
纳米材料的粒径小于光波的长度，因此与入射光产生复杂的交互作用，这使得纳米材料具有高光吸收率的特点，可用于红外线感测器材料。
纳米材料的发现1980年，德国物理学家XXX在驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，思维变得特别活跃和敏锐。
纳米材料的特点和用途
纳米是一种很小的单位，纳米技术则是一种非常具有市场潜力的新兴科学技术。
关于纳米技术的研究，是很多国家研究的一个重要方向，2011年，欧盟通过了纳米材料的定义，纳米材料，即一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。
这标志着科学史上又一个里程碑。
那么，纳米材料的特点和用途有哪些呢？一、纳米材料的特点当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。
比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。
按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。
我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。
也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。
纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。
对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。
“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。
如现在小型化了的计算机。
“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。
“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。
二、纳米材料的用途纳米材料应用在信息产业、环境产业、能源环保、生物医药等领域，帮助着产品的进步与发展，为人们的社会发展、科研进步、医药发展带去了很好的辅助。
1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。
纳米科技在陶瓷材料中的应用与研究进展
纳米科技在陶瓷材料中的应用与研究进展概述纳米科技作为一种前沿技术，已经在众多领域展示出了巨大的潜力，并开始在陶瓷材料领域得到广泛的应用。
纳米材料具有独特的物理、化学和力学性质，使其在陶瓷制备与应用方面具备了很多优势。
本文将重点介绍纳米科技在陶瓷材料方面的应用和研究进展。
一、纳米颗粒填充增强材料纳米颗粒填充材料是指通过添加纳米尺度的颗粒来增强陶瓷材料的性能。
由于纳米材料具有高比表面积、较小的颗粒尺寸和较大的界面活性，因此可以提高陶瓷材料的力学性能、热稳定性和尺寸稳定性。
同时，纳米颗粒还能改善陶瓷材料的导电性和磁性。
例如，通过控制添加纳米颗粒的种类、尺寸和含量，可以显著提高陶瓷材料的强度、硬度和韧性，从而提高其在实际应用中的性能。
二、纳米涂层技术纳米涂层技术是指将纳米材料制备成薄膜或涂层覆盖在陶瓷材料表面，以增强陶瓷材料的性能。
纳米涂层可以提供良好的抗氧化、抗磨损和耐腐蚀性能。
此外，纳米涂层还可以调控陶瓷材料的光学、电学和热学性质，改善其表面质量和增加其多功能性。
如纳米钛涂层可以提高陶瓷的耐磨损性和耐高温性能，纳米硅涂层可以提高陶瓷的透明性和生物相容性。
三、纳米陶瓷基复合材料纳米陶瓷基复合材料是指在传统陶瓷基质中添加纳米材料而形成的复合材料。
纳米颗粒在复合材料中可以作为增强相，提高陶瓷基质的力学性能。
同时，添加适量的纳米材料可以改善复合材料的断裂韧性和热稳定性。
例如，添加纳米碳化硅颗粒可以显著提高陶瓷基复合材料的强度、硬度和抗磨损性能。
纳米陶瓷基复合材料还可以通过调控纳米颗粒的种类和含量来实现多种性能的可调控性。
四、纳米陶瓷自修复技术纳米陶瓷自修复技术是指利用纳米材料在陶瓷材料断裂或损伤时自动形成新的结构，以修复或增强陶瓷材料的性能。
纳米颗粒可以在局部区域形成纳米尺度的晶界或纳米颗粒，从而实现裂纹的自修复。
此外，添加适量的纳米材料还可以增强陶瓷材料的断裂韧性，通过吸收和扩散裂纹应力来防止裂纹延伸。
纳米陶瓷自修复技术能够提高陶瓷材料的寿命和可靠性，减少由于外界环境和外力引起的陶瓷材料的损伤。
纳米技术在陶瓷领域方面的应用
纳米技术在陶瓷领域方面的应用
纳米技术是一种新兴的技术，它可以将物质的尺寸缩小到纳米级别，从而赋予物质新的性质和功能。
在陶瓷领域，纳米技术的应用也越来越广泛。
纳米技术可以改善陶瓷的性能。
陶瓷材料的性能往往受到晶粒尺寸的限制，而纳米技术可以制备出晶粒尺寸更小的陶瓷材料，从而提高其硬度、强度、韧性等性能。
例如，纳米氧化铝可以用于制备高硬度的陶瓷刀具，纳米二氧化硅可以用于制备高强度的陶瓷复合材料。
纳米技术可以改善陶瓷的加工性能。
陶瓷材料往往具有脆性和难加工的特点，而纳米技术可以制备出更细致的陶瓷粉末，从而提高陶瓷的成型性和加工性。
例如，纳米氧化铝可以用于制备高精度的陶瓷零件，纳米氧化锆可以用于制备高透明度的陶瓷玻璃。
纳米技术可以改善陶瓷的功能性。
陶瓷材料往往具有良好的耐热、耐腐蚀、绝缘等特性，而纳米技术可以通过控制陶瓷材料的结构和组成，赋予其新的功能性。
例如，纳米氧化锆可以用于制备高温超导陶瓷材料，纳米碳化硅可以用于制备高性能的陶瓷电子元件。
纳米技术在陶瓷领域的应用具有广泛的前景和潜力。
随着纳米技术的不断发展和完善，相信会有更多的陶瓷材料和产品应用纳米技术，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
先进功能材料
先进功能材料先进功能材料是指那些具有特殊功能或性能的材料，它们可以在各种领域发挥重要作用。
这些材料通常具有特定的物理、化学或电子特性，可以用于制造高性能的产品或设备。
在当今科技发展迅速的时代，先进功能材料的研究和应用已经成为各行各业的热点之一。
先进功能材料的种类繁多，涵盖了许多不同的领域。
其中，最具代表性的包括纳米材料、功能陶瓷、高分子材料、光学材料、电子材料等。
这些材料在电子、光电、医疗、航空航天、能源等领域都有着广泛的应用。
纳米材料是一种具有纳米尺度结构的材料，其特殊的物理、化学和生物学性质使其在多个领域具有广泛的应用前景。
纳米材料可以用于制备高强度、高韧性的复合材料，也可以应用于生物医学领域，用于制备生物传感器、药物传递系统等。
功能陶瓷是一类具有特殊功能的陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀、绝缘、导电、超导等特性。
它们在航空航天、汽车制造、电子设备、工业制造等领域有广泛的应用，可以大大提高产品的性能和可靠性。
高分子材料是一类由大量重复单元构成的材料，具有良好的可塑性和加工性能。
高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域，可以制备各种功能性的材料，如高强度纤维、高温塑料等。
光学材料是一类具有特殊光学性能的材料，可以用于制备光学器件、激光器件、光学涂层等。
光学材料在通信、显示、传感等领域有着重要的应用价值，可以大大提高光学器件的性能和稳定性。
电子材料是一类具有特殊电子性能的材料，可以用于制备半导体器件、集成电路、光电器件等。
电子材料在信息技术、通信、医疗设备等领域有着广泛的应用，可以大大提高电子产品的性能和可靠性。
总的来说，先进功能材料的研究和应用对于推动科技进步和产业发展具有重要意义。
随着科技的不断发展，先进功能材料的种类和应用领域将会不断扩展，为人类社会的发展带来更多的惊喜和改变。
希望各界科研人员和工程师能够不断努力，推动先进功能材料的研究和应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
纳米材料在陶瓷胶粘剂中的作用
纳米材料在陶瓷胶粘剂中的作用
胶粘剂一种发展示迅速的多功能合成高分子材料，由于其原料品种的多样化以及分子结构的可调性，可以设计出具有不同用途的、适合于各种材料间粘接的多功能胶黏剂。
胶黏剂分子结构中大多含有强极性的及化学活泼的基团，因而能够与材料之间产生优良的化学粘接力。
但在实际应用中，某些品种的胶黏剂仍然存在诸多不足，如耐水性、耐溶剂性、耐高温等性能较差，有的胶黏剂初粘性、粘接强度等也有待改进以满足特殊的使用要求等。
随着纳米技术的基础性和应用性研究的发展，纳米材料不同于普通补强型填料的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等优良特性在胶黏剂的应用方面显出基独特的优势，少量纳米材料的加入即可大幅度改善胶黏剂性能，所以纳米材料已成为胶黏剂领域关注点。
优锆纳米陶瓷粘合剂产品是采用最新纳米材料和美国公司合作研制出的最新陶瓷、煅烧钵子、刚玉粘合剂。
该产品为全无机材料，没有任何有机污染，采用耐高温纳米a氧化、纳米锆等纳米氧化物为主做的粘钵子陶瓷全新材料，弥补了耐高温性等特点。
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二、 先进陶瓷的制备
• 陶瓷研究已从微米陶瓷向纳米陶瓷方向发展。 • 纳米陶瓷是指晶粒尺寸，晶界宽度，第二相分布， 气孔尺寸，缺陷尺寸均处在100nm及其以下的一 种陶瓷材料。 • 制备纳米陶瓷时很重要的一个问题是避免团聚， 无团聚的均匀纳米粉体是制备纳米陶瓷的必要前 提， • 常用的纳米粉体制备方法包括：共沉淀法、共沸 蒸馏法、水热法、热喷射法，溶胶-凝胶法、沉淀 水解法、溶剂萃取法、高温热解法、碳热还原反 应法、自蔓延燃烧法、热等离子法..... • 纳米陶瓷的制备过程主要包括成型和烧结两步。
7.0%
6.0% 12.0% 4.0% Thick LED film
chips
Electrical& electronic devices 71.0% SMD
2008年度对新型功能器件的市场需求示意图
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三、功能陶瓷的发展趋势
1 、总体发展趋势
l）小型化／微型化: ★ 随着移动通信和卫星通信尤其是近两年来蓝牙、WAP 、GPS 等技术的 迅速发展，在硬件上对器件小型化／微型化的要求越来越迫切; ★ 小型化／微型化（包括片式化）是目前元器件研究开发的一个重要目标, 实现小型化／微型化的基础在于提高陶瓷材料的性能和发展陶瓷纳米晶 技术和相关工艺。 2）高频化与频率系列化: ★ 数字化技术的核心是将各种信息变成脉冲编码信号，为了获得足够的带 宽和处理速度，要求较高的工作频率。目前商品化的CPU 时钟频率最 高可达2~3 GHz 。移动通信所使用的频率也在不断升高：以模拟信号的 调制为主要特征的第一代移动通信所用的频段在800~900 MHz ，以数 字信号为主要特征的第二代移动通信所用的频段则为900 MHz~1.8 GHz ★ 寻找具有良好高频特性以及系列化工作频率的功能陶瓷材料是目前新型 电子元器件领域的一个研究热点。
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• 凝胶直接成型法 • 凝胶直接成型属于湿法成型。其他的成型方法(原位成型 除外)中，粉体制备和素坯成型是分步进行的。而粉体制 备时在干燥等工艺过程中很容易产生团聚，对其后烧结不 利。凝胶直接成型特点是粉体制备与成型过程一气呵成， 从而有效地减少了团聚的可能，所得坯体具有更好的结构 均匀性，有利于在低温下烧结纳米陶瓷。 • 渗透固化成型法 • 渗透固化是一种新的纳米陶瓷成型力法。其基本过程包括： • 将纳米粉体的悬浮液放在一可使液体通过但陶瓷颗粒不能 通过的半透膜袋中，将半透膜袋置于采用相同溶剂的高浓 度的高分子溶液中，同时保证高分子不能透过半透膜。由 于半透膜内液体的化学势比半透膜外要高很多，在化学势 的作用下，半透膜中的溶剂向外渗透，在理想条件下、这 种渗透要达到半透膜内外的势能相同为止。 • 人们利用该方法已经成功地进行了ZrO2素坯的成型。
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分类与应用
市场应用
压电 引爆器
声音 转换器
超声波 探测仪
陶瓷
压电 点火器
压电 驱动器
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微波介质陶瓷
谐振器件
介质波导
微波天线
微波滤波器 介质基片
介质电容器
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功能陶瓷材料及市场需求
铁电材料
磁性材料 热电材料
压电材料 导电材料
介电材料
半导体材料
光电材料
Sensitive devices HIC
无机功能材料陶瓷
一、 二、 三、 四、 五、 陶瓷的简介 先进陶瓷的制备 陶瓷的现代应用 陶瓷的分类 陶瓷的发展趋势 11级 鹏飞
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一、 陶瓷
• “陶瓷”这一名词，源自 古代希腊的“烧物”， 它意味着陶瓷器等是经 烧成而赋于其强度的材 料。 • 现在陶瓷被定义为“经 高温热处理工艺所合成 的非金属无机材料”。
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功能陶瓷分类
• （1）结构陶瓷：在电子元件作基体、外壳，固定件和绝缘部件。
• 滑石瓷：MO-Al2O3-SiO2体系 • 氧化铝陶瓷：Al2O3,99瓷（刚玉瓷），95瓷，90瓷，高铝瓷，着色氧 化铝陶瓷。 • 高热导率瓷：BeO瓷，BN瓷，AlN瓷，SiC瓷。
• （2）电容器介质陶瓷
• • • • • 铁电介质陶瓷：BaTiO3,PbTiO3. 半导体电解质陶瓷：ZnO 高频电容器陶瓷：TiO2，金红石瓷。 微波介质陶瓷：BaO-TiO2系统， BaO-Ln2O3-TiO2系统. 压电陶瓷： PbTiO3， PbTiO3- PbZrO3系统，
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• 陶瓷 • 绝大部分材料由元素周期表中电负性小的元素和电负性 大的元素形成的化合物构成，这种材料大部分以离子键， 一部分以共价键、金属键为主体。 • 陶瓷的共同特征是： • ①耐热性忧良； • ②除电绝缘性、半导体性之外，还具有磁性、介电性等多 种功能； • ③不易变形，断裂时属于脆性破坏，韧性低等。
陶瓷分类
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陶瓷与陶瓷材料
• 陶器 • 陶器是用黏土 或陶土经捏制 成形后烧制而 成的器具。 • 陶器历史悠久， 在新石器时代 就已初见简单 粗糙的陶器。 陶器在古代作 为一种生活用 品，在现在一 功能陶瓷的基本性能： • 电学性能（电导率，介电常数，介质损耗，绝缘 性能） • 力学性能（弹性模量，机械强度，断裂韧性） • 热学性能（比热容，膨胀系数，热导率） • 光学性能，磁学性能，耦合性能等，
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（4）磁性陶瓷软磁铁氧体： 硬磁铁氧体：永磁材料：CoFe2O4- Fe2O3 旋磁铁氧体： Mg-Mn Fe2O4，Ni-CuFe2O4 ，NiZnFe2O4 巨磁铁氧体： Mg-Mn Fe2O4，Li-Mn Fe2O4 （5）生物陶瓷 惰性生物医学陶瓷：Al2O3, ZrO2, SiC。 生物表面活性陶瓷：生物医用玻璃：Na2O-CaOSiO2-P2O5， MgO-CaO-SiO2-P2O5 。 磷酸钙生物陶瓷：羟基磷灰石 （6）超导陶瓷 氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，氧化物： YBa2Cu3O7。
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（3）敏感陶瓷 热敏陶瓷：正温度系数（PTC）热敏电阻；负温度 系数（NTC）热敏电阻； (Sr,Pb)TiO3 压敏陶瓷：压敏电阻器（SiC, ZnO, BaTiO3, Fe2O3, SnO2). 气敏陶瓷：ZnO, SnO2, Fe2O3。 湿敏陶瓷：MgC2O4-TiO2, ZnC2O4-LiZnVO3,TiO2V2O5. 光敏电阻瓷：ZnSe, CdS, ZnTe, CdSe, ZnO。